Углеродные пластики (углепластик) были созданы в течение многих лет в аэрокосмической и автомобильной промышленности благодаря их отличной удельной жесткости и прочности. Высокие темпы роста, особенно в автомобильной промышленности, также прогнозируются в будущем. Кроме того, спрос также неуклонно растет в других секторах, таких как машиностроение. Тем не менее, сложные проблемы и небольшие количества гарантируют, что применения углепластика до сих пор были нишей в машиностроении. Потенциал классического металлического строительства часто исчерпан из-за высокого уровня технологической зрелости в отрасли.
Потенциал металлоконструкций исчерпан
Таким образом, методы металлического строительства достигают своих пределов, особенно в области высокодинамичных применений. Высокая инерция массы и отсутствие демпфирования вибраций значительно ограничивают точность таких машин и систем. Критические резонансные частоты также могут предотвратить дальнейшее повышение производительности. Если в рабочих условиях происходит недопустимое тепловое расширение, достижимая точность также ограничена. Все перечисленные моменты могут быть значительно улучшены за счет облегченной конструкции с применением углепластика, благодаря чему можно повысить динамику машины и повысить точность машин и систем. CFRP отличается не только низкой плотностью в сочетании с отличными механическими характеристиками. Он также предлагает повышенную усталостную прочность по сравнению с металлами в сочетании с коррозионной стойкостью. Кроме того, CFRP характеризуется высоким демпфированием и регулируемым тепловым расширением (до нулевого расширения). Кроме того, конструкции из углепластика предлагают высокую степень свободы проектирования и возможность интеграции различных функций (например, мониторинг состояния).
Из-за упомянутых преимуществ и связанных с ними преимуществ можно определить типичные области применения в области машиностроения. В дополнение к очень жестким пластинчатым элементам и локальным усилителям, это в основном быстро движущиеся элементы, такие как вращающиеся узлы, динамически колеблющиеся компоненты или оси перемещения. Проблемы в процессе разработки часто лежат в интерфейсе с классическими материалами. Различное тепловое расширение металла и углепластика следует упомянуть здесь в качестве примера. В худшем случае это может привести к «биметаллическому эффекту» и, как следствие, к нежелательным деформациям конструкции. Поэтому процесс разработки со всеми его гранями имеет большое значение.
Пример легкого рычага углепластика
LiCoMo GmbH уже успешно выполнила большое количество таких разработок в области машиностроения в прошлом и знает проблемы в процессе разработки. Некоторые объясняются ниже на примере рычага текстильной машины. Рассматриваемый рычаг является частью привода шины текстильного станка и, начиная с оси вращения, выполняет чередующиеся движения с высокой рабочей частотой, поэтому предъявляются высокие требования к жесткости и динамике компонента. Предыдущий рычаг был спроектирован как литая алюминиевая конструкция. Однако неуклонно увеличивающаяся длина рычага рычага приводила к увеличению общего момента инерции и, следовательно, к недопустимым деформациям в точке приложения силы. Следовательно, предыдущая металлическая конструкция должна быть заменена композитной конструкцией из волокна с использованием углепластика. Крайне важно, чтобы связанные с производством ограничения учитывались на этапе разработки.
Картинная галерея
В случае рычага угловая форма была изменена так, чтобы получился конусообразный двойной Т-образный профиль с учетом способности укладывать бесконечную прядь волокна. Это позволило интегрировать металлические вставки в области приложения усилия в полотне и закрепить их с помощью ремня, облегая их. Это, в свою очередь, означало, что первоначально двухкомпонентная зажимная система должна была быть заменена кольцевой зажимной системой. Изменяя различные типы волокон (очень жесткие и высокопрочные волокна) в области ремня и полотна, можно оптимизировать требуемую жесткость и, с другой стороны, затраты. В ходе окончательного испытания компонентов инженеры LiCoMo также представили доказательства того, чточто требования к жесткости компонента удовлетворяются за долю первоначального веса металлической конструкции, что снижает момент инерции относительно оси вращения и улучшает динамику машины. Однако настоящий пример также показывает, что конструкция, которая совместима с волокнистым композитом, не может быть достигнута путем чистой замены 1: 1 методов металлической конструкции.
В основном, по сравнению с металлическими конструкциями, наибольшие эффекты могут быть достигнуты в машиностроении, особенно там, где требуются высокая жесткость и низкая масса из-за динамической нагрузки. LiCoMo GmbH имеет большой опыт в области машиностроения и уже успешно разработала базовые корпуса для шлифовальных станков, порталы для измерительных и обрабатывающих машин, приводные шпиндели для расточных станков и прутки для текстильных машин. (Qui)
Ганновер Мессе 2019: зал 5, стенд B19
* Кристоф Албани, руководитель отдела исследований и разработок, LiCoMo GmbH, Döbeln
Вы также можете быть заинтересованы в:
Компоненты углепластика
Когда вышивка от кутюр встречается с бионикой
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ На семинаре «Легкие материалы в строительстве» академии инженерной практики рассказывается о методах, принципах проектирования и методах строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Информация и регистрация: www.b2bseminare.de/konstruction/ Leichtbauwerkstoffe-in-der-konstruction
Легкий сборник
Собирайте идеи для облегченного строительства
Волокнистый композиционный материал
Носовое колесо для Airbus A320 скоро изготовлено из углепластика
Файлы статей и ссылки на статьи
Ссылка: Подробнее о легких решениях от LiCoMo